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개발동향

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개발동향 상세정보 게시판
분류 [폐기물] 폐기물자원화
과제명 폐자원 리그닌의 고부가가치화
연구기관 광주과학기술원
연구기간 2016.01.01.~2016.12.31.
연구비 360,000 천원
핵심키워드 바이오매스, 리그닌, 고부가가치화, 고형 폐기물, 선택적 중합해체반응
요약

연구목적 및 필요성

 O 폐목질계 자원 (리그닌 폐액 등)을 이용한 고분자 복합재료의 개발은 제조 원가 절감, 친환경, 물성향상 등 기존의 석유 유래 고분자 제품을 대체할 수 있는 충분한 가능성을 지니고 있음

 O 그러나 페목질계 바이오매스의 건조 중량 중 20-35%를 차지하는 리그닌은 어떤 회수공정에서도 하나의 단량체보다는 complex 형태로 얻어지며 바이오매스 종류에 따라 변이가 큰 독특한 특성을 지니므로 이는 공업적 활용에 장애요소가 됨

 O 반면 리그닌은 화학구조상의 aromaticity 때문에 높은 에너지 함량을 가지는 특징이 있고, 화학구조의 탄소골격에 부가적 반응이나 치환을 일으킬 수 있는 functional group이 많아 여러 가지 화학물질과 융화 또는 친화성을 보여 리그닌의 기본 구조별로 다양한 화학구조로 전환이 가능

 O 본 연구개발의 목적은 폐목질계 자원의 열화학적 전처리를 통해 얻어지는 리그닌 폐액의 특성을 파악하고 국내 실정에 맞는 최적의 친환경 고효율 리그닌 회수 기술 및 공정을 개발하고자 함

 

연구 내용 및 범위

 O 친환경·고효율 리그닌 추출 기술 개발

 O 촉매화학바이오 융합기술 기반 고선택도 리그닌 분해 기술 개발

연구성과

연구결과

 O 목질계 바이오매스 기초 성상 분석

  - 원소 분석, 수분, ash, extractives, Klason 리그닌, 산가용성 리그닌, 탄수화물 함량 등 파악을 통한 폐목재 성상 데이터 획득. 폐목재 원소분석, extractives, Klason 리그닌, 탄수화물 분석 및 프로토콜 확립 예정

 O Lab-scale 전처리 공정 적용을 통한 리그닌 부산물 특성 파악 및 공정최적화

  - Organosolv 공정 조건 별 리그닌 수율 및 구조 특성 파악 및 Lab-scale 공정 적용을 위한 고온고압반응기 제작

  - Design Expert 프로그램을 활용하여 최적의 리그닌 회수율 실험 조건 수치 모델링 및 각 실험 set 별로 얻어진 리그닌의 특성 (평균 분자량, 작용기 함량 등)을 분석 후 실험조건에 따른 리그닌 특성 변화 수치 모델링화

 O 리그닌 추출용 유무기 하이브리드 용매 설계 및 합성\

  - 친환경 유무기 하이브리도 용매(NOHMs)의 기본골격 구조를 설계 및 합성

 O 리그난 화합물들의 P2X7수용체에 대한 효과 및 간 보호 효과 연구

  - 염증 및 간기능 관련 기초연구 뿐 아니라 새로운 치료기술에 대한 정보를 제공

 O 리그닌 분해효소의 기질 선택성 및 활성 증가 시험

  - Site-directed mutagenesis를 통하여 증진된 효소 활성을 갖는 mutants 선발

 O 리그닌 분해효소 단백질 대량 생산

  - 구조 연구에 필요한 타깃 단백질을 대량 확보하기 위하여 여러 균주와 affinity tag의 종류를 변화시켜 테스트하고 detergent의 이용으로 단백질의 불안정한 소수성 부분을 안정화 시켜 타겟 단백질의 대량 생산을 유도

 O 단백질 분리 정제 방법 발견 및 최적화

  - 친화성 크로마토그래피 후 이온 교환 크로마토그래피와겔 여과 크로마토그래피를 추가로 수행하여 고순도 타깃 단백질 정제 조건 확립

 O 초기 결정화 조건 스크리닝

  - 결정화 온도, pH 범위, salt 농도, 침전제 농도 및 종류 등을 변화시켜 결정화 초기 조건을 탐색. 결정화 로봇인 mosquito를 이용하여 특정 조건에서 타깃 단백질의 결정화를 확인

 O 결정화 조건의 재현성 확립 및 최적화

  - 강력한 X-선의 에너지를 견딜 수 있는 단백질 결정을 확보하기 위해 초기 결정화 조건을 바탕으로 최적화 조건을 테스한 결과 재현성을 확인

 

활용계획

 O 국내 폐목재 재활용 방안을 제시함으로서 폐목재 재활용률을 증가시키는데 활용될 수 있으며 유사한 특성을 가진 리그닌을 선별 생산하는데 활용 가능

 O 리그닌의 추출 및 분해를 위해 합성된 본 유무기 하이브리드 용매는 바이오매스 활용 뿐 아니라 다양한 에너지 및 환경 분야에 적용 가능한 친환경 용매로 활용 가능하다고 판단되며 추가 연구를 통해 다양한 확장성에 대한 본격적인 연구를 수행

 O 목질계 분해효소 선택성 및 효소 활성 증대에 대한 연구는 유용 효소의 대량 생산 및 우수 생산 형질전환체 개발 분야의 기초자료로 활용할 수 있으며 목질계 바이오매스의 생물학적 전처리 효율 향상을 위한 변수 최적화 연구에 활용

 O 환경 친화적이며 저비용/고효율적인 분해 방법으로 바이오매스의 산업적 용도를 창출하고 다른 고부가가치성 산업 물질의 생산에 적용

 

주요성과

 O 보고서 1

첨부파일 ndslOrgDocDown(325).pdf
출처 국가과학기술정보센터
등록일 2020-05-12

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